Обмен данными CAD - CAD data exchange
Обмен данными САПР - это способ обмена данными, используемый для перевода данных между различными системами автоматизированного проектирования ( САПР ) или между САПР и другими последующими системами CAx .
Многие компании используют различные системы САПР внутри компании и обмениваются данными САПР с поставщиками, клиентами и субподрядчиками. Передача данных необходима для того, чтобы, например, одна организация могла разрабатывать модель САПР, а другая выполняла работу по анализу той же модели; в то же время за производство продукции отвечает третья организация. Системы САПР, доступные в настоящее время на рынке, различаются не только целями приложений, пользовательскими интерфейсами и уровнями производительности, но также структурами данных и форматами данных, поэтому точность в процессе обмена данными имеет первостепенное значение, и необходимы надежные механизмы обмена.
Процесс обмена нацелен в первую очередь на геометрическую информацию данных САПР, но он также может быть нацелен на другие аспекты, такие как метаданные , знания, производственная информация, допуски и структура сборки.
Для обмена данными САПР доступны три варианта: прямой перевод модели, нейтральный обмен файлами и сторонние переводчики.
Содержание данных САПР
Первоначально предназначенная для геометрической информации ( каркас , поверхности , твердые тела и чертежи ) продукта, в настоящее время есть и другие фрагменты информации, которые можно получить из файла САПР:
- Метаданные - неграфические атрибуты
- Данные о замысле проекта - например, деревья истории, формулы, правила, руководящие принципы
- Данные приложения - например , траектории инструмента с числовым программным управлением , геометрические размеры и допуски ( GD&T ), планирование процесса и структура сборки
Различные типы информации о продукте, предназначенные для процесса обмена, могут различаться на протяжении жизненного цикла продукта. На более ранних этапах процесса проектирования больше внимания уделяется геометрическим аспектам и аспектам проектного замысла обмена данными, в то время как метаданные и данные приложений более важны на более поздних этапах разработки продукта и процесса.
Варианты обмена данными
Прямой перевод модели
Прямые переводчики данных предоставляют прямое решение, которое влечет за собой перевод данных, хранящихся в базе данных продукта, непосредственно из одного формата системы CAD в другой, обычно за один этап. В прямом трансляторе данных обычно существует нейтральная база данных. Структура нейтральной базы данных должна быть общей, регулироваться минимально необходимыми определениями любого из типов данных моделирования и быть независимой от любого формата поставщика. Основные CAD системы, такие как SolidWorks , PTC Creo , Siemens NX и CATIA могут непосредственно читать и / или писать другие форматы CAD, просто с помощью File Open и File Save As вариантов. Этот вариант ограничен тем фактом, что большинство форматов САПР являются проприетарными, поэтому прямые переводчики обычно однонаправлены, частично функциональны и не стандартизированы.
Нейтральный обмен файлами
При нейтральном обмене файлами используется промежуточный нейтральный формат для перевода данных между системами САПР. Этот метод начинается с препроцессора, встроенного в исходную систему САПР, который генерирует нейтральный файл из исходного формата САПР. Целевая система CAD постобработает нейтральный файл и преобразует его в целевой исходный формат. Некоторые нейтральные форматы определены организациями по стандартизации, такими как IGES и STEP, в то время как другие являются проприетарными, но все еще широко используются и считаются квазиотраслевыми стандартами.
Нейтральные форматы
- IGES (Initial Graphics Exchange Specification) - возникла в конце 1979 года и первоначально опубликована Американским национальным институтом стандартов (ANSI) в 1980 году до широкомасштабного внедрения технологии САПР в отрасли. Этот формат файла рассматривает определение продукта как файл сущностей, причем каждая сущность представлена в независимом от приложения формате. После первого выпуска STEP (ISO 10303) в 1994 году интерес к дальнейшему развитию IGES снизился, и версия 5.3 (1996) стала последним опубликованным стандартом.
- DXF ( формат обмена чертежами ) - разработан Autodesk в 1982 году в качестве решения для обеспечения взаимодействия данных между AutoCAD и другими системами САПР. DXF в основном основан на 2D, и его формат представляет собой представление данных с тегами всей информации, содержащейся в файле чертежа AutoCAD, что означает, что каждому элементу данных в файле предшествует целое число, которое называется групповым кодом, указывающим тип. следующего элемента данных. Поскольку большинство разработчиков коммерческого прикладного программного обеспечения решили поддерживать собственный DWG Autodesk в качестве формата для взаимодействия данных AutoCAD, DXF стал менее полезным.
- VDA-FS ( Verband der Automobilindustrie - Flächenschnittstelle) - создано Немецкой ассоциацией автомобильной промышленности в 1982 году в качестве метода взаимодействия для поверхностей произвольной формы. Этот формат отличается от других форматов тем, что он поддерживает только передачу данных кривых и поверхностей произвольной формы с соответствующими комментариями, но не поддерживает передачу других геометрических или негеометрических объектов. Таким образом, он ограничен представлениями параметрическими полиномами , но он охватывает подавляющее большинство САПР произвольной формы. Он включает типы тензорных произведений Безье , B-сплайнов и Кунса для поверхностей и соответствующих кривых. Спецификация VDA-FS выпущена в немецком промышленном стандарте DIN 66301.
- PDES (Product Data Exchange Specification) - возникла в 1988 году в рамках исследования интерфейса данных определения продукта (PDDI), проведенного McDonnell Aircraft Corporation от имени ВВС США. PDES был разработан для полного определения продукта для всех приложений в течение его ожидаемого жизненного цикла, включая геометрию, топологию, допуски, отношения, атрибуты и функции, необходимые для полного определения детали или сборки деталей. PDES можно рассматривать как расширение IGES, куда были добавлены организационные и технологические данные. Фактически, более поздний PDES содержал IGES. Разработка PDES под руководством организации IGES и в тесном сотрудничестве с Международной организацией по стандартизации ( ISO ) привела к рождению STEP .
-
STEP ( ISO 10303 - Стандарт обмена данными модели продукта ) - работа со стандартом ISO 10303 была начата в 1984 году и первоначально опубликована в 1994 году с целью стандартизации обмена данными о продукте между системами PLM . Это очень полный набор спецификаций, охватывающий множество различных типов продуктов и многие этапы жизненного цикла. STEP использует нейтральный формат ISO 10303-11, также известный как схема EXPRESS . EXPRESS определяет не только типы данных, но также отношения и правила, применяемые к ним. STEP поддерживает обмен данными, совместное использование данных и архивирование данных. Для обмена данными STEP определяет временную форму данных о продукте, которые должны передаваться между парой приложений. Он поддерживает совместное использование данных, предоставляя доступ к одной копии одних и тех же данных о продукте и позволяя работать с ней более чем одним приложением, возможно, одновременно. STEP также может использоваться для поддержки разработки самих архивных данных о продукте. STEP состоит из нескольких сотен документов, называемых частями . Каждый год добавляются новые детали или выпускаются новые версии старых деталей. Это делает STEP самым большим стандартом в ISO. Детали серии 200 STEP называются протоколами приложений (AP), при этом определенные части напрямую связаны с системами CAD:
- 203 (Трехмерное проектирование механических деталей и сборок с контролируемой конфигурацией) - в основном используется для трехмерного проектирования и создания структуры продукта. Подмножество AP214, но наиболее широко используемое.
- 210 (Электронная сборка, дизайн межсоединений и упаковки) - САПР для печатных плат .
- 212 (Электротехническое проектирование и монтаж) - САПР для электромонтажа и жгута проводов .
- 214 (Основные данные для процессов проектирования автомобильной механики) - Как STEP представлен в текстовом файле для обмена.
- 238 ( интерпретируемая модель приложения STEP-NC для компьютеризированных числовых контроллеров) - информация о процессе обработки в CAD, CAM и ЧПУ .
- 242 (3D-проектирование на основе управляемой модели) - объединение двух ведущих прикладных протоколов STEP, AP 203 и AP 214.
- Parasolid XT - часть ядра геометрического моделирования Parasolid, первоначально разработанного компанией Shape Data и в настоящее время принадлежащего Siemens PLM Software . Parasolid может представлять каркасные, поверхностные, твердотельные, ячеистые и общие немножественные модели. Он хранит топологическую и геометрическую информацию, определяющую форму моделей в передаваемых файлах. Эти файлы имеют опубликованный формат, поэтому приложения могут иметь доступ к моделям Parasolid без обязательного использования ядра Parasolid. Parasolid может принимать данные из других форматов разработчиков моделей. Его уникальная функциональность толерантного моделирования позволяет учитывать и компенсировать менее точные данные.
Сторонние переводчики
Несколько компаний специализируются на программном обеспечении для преобразования данных САПР, которое может считывать данные из одной системы САПР и записывать информацию в формате другой системы САПР. Есть несколько компаний, которые предоставляют низкоуровневые программные инструменты для прямого чтения и записи основных форматов файлов САПР. Большинство разработчиков САПР лицензируют эти наборы инструментов, чтобы добавить в свои продукты возможности импорта и экспорта. Также существует значительное количество компаний, которые используют низкоуровневые инструменты перевода в качестве основы для создания автономных приложений для перевода и проверки для конечных пользователей. Эти системы имеют собственный промежуточный формат, некоторые из которых позволяют просматривать данные во время перевода. Некоторые из этих переводчиков работают автономно, в то время как другим требуется один или оба пакета САПР, установленные на машине перевода, поскольку они используют код ( API ) из этих систем для чтения / записи данных. Некоторые компании также используют эти низкоуровневые инструменты для создания плагинов импорта или экспорта для других приложений САПР.
Список программных инструментов для разработчиков
- Datakit CrossCad / Ware : SDK для чтения и записи форматов САПР.
Список автономных приложений перевода для конечных пользователей
- Datakit CrossManager : многоформатный переводчик САПР.
- PolyTrans | CAD : Многоформатный переводчик САПР.
- Transmagic : многоформатный переводчик САПР.
Список плагинов для приложений САПР
- Datakit CrossCad / Plg : плагины импорта и экспорта для Rhino, SOLIDWORKS, ...
- PolyTrans | CAD : плагины импорта / экспорта для 3ds Max, Maya, CADMATIC и визуальных компонентов.
- Силовые переводчики : Импортируйте плагины для 3dsMax.
Качество обмена данными
Качество данных может рассматриваться как внутренне, так и внешне. Внутренние проблемы связаны со структурой модели САПР до начала любого процесса перевода, в то время как внешние проблемы связаны с проблемами, возникающими во время перевода. Разработка STEP - лучшее решение для решения внешних проблем, расширение его текущих возможностей для поддержки двухмерных параметрических сечений, трехмерных параметрических сборок и моделирования на основе истории. Качество данных о продукте - ключевой вопрос, позволяющий избежать внутренних проблем обмена данными и упростить интеграцию последующих приложений в цепочку проектирования.
Поскольку каждая система САПР имеет свой собственный метод описания геометрии, как математически, так и структурно, всегда есть некоторая потеря информации при переводе данных из одного формата данных САПР в другой. Одним из примеров является трансляция между системами САПР, использующими разные ядра геометрического моделирования, в которых несоответствия трансляции могут привести к аномалиям в данных. Промежуточные форматы файлов также ограничены в том, что они могут описывать, и они могут интерпретироваться по-разному как отправляющей, так и принимающей системами. Поэтому при передаче данных между системами важно определить, что необходимо перевести. Если для последующего процесса требуется только 3D-модель, то необходимо передать только описание модели. Однако есть уровни детализации. Например: каркас данных, поверхность или твердое тело; требуется информация о топологии ( BREP ); должны ли идентификация граней и краев сохраняться при последующих модификациях; должна ли информация о функциях и история сохраняться между системами; и является аннотацией PMI для передачи. Для моделей продукта может потребоваться сохранение структуры сборки. Если чертежи необходимо перевести, геометрия каркаса обычно не является проблемой; однако текст, размеры и другие аннотации могут быть проблемой, особенно шрифты и форматы. Независимо от того, какие данные должны быть переведены, также необходимо сохранить атрибуты (например, цвет и слой графических объектов) и метаданные, хранящиеся в файлах.
Некоторые методы перевода более успешны, чем другие, при переводе данных между системами САПР. Родные форматы предлагают простой перевод трехмерных тел, но даже в этом случае есть несколько подводных камней, на которые следует обращать внимание. Если две системы CAD используют разные представления для одного типа геометрии, в какой-то момент представление должно быть преобразовано или даже отброшено, независимо от типа преобразования. Современные нейтральные форматы призваны решить эту проблему. Старые нейтральные форматы, такие как IGES, могут иметь некоторые проблемы с переводом, такие как потеря исходного цвета деталей или неправильное положение тел. Это больше не относится к современным стандартам, таким как STEP AP242, который включает свойства проверки. Свойства проверки - это ключевые характеристики модели (центр тяжести твердого тела, влажная область поверхности, характеристики PMI или даже контрольные точки на форме), которые хранятся передающей системой и проверяются принимающей системой. Это позволяет контролировать качество импортируемых данных. Качество обмена с использованием STEP настолько важно, что регулярные тесты проводятся независимыми ассоциациями (AFNeT, PDES, inc., ProSTEP iViP) для проверки обменов между различными системами CAD и PLM.
В некоторых системах САПР есть функции для сравнения геометрии двух моделей. Таким образом, пользователь может сравнить модель до и после перевода из одного САПР в другой, чтобы оценить качество перевода и исправить обнаруженные дефекты. Но часто такие функции позволяют сравнивать только мозаику двух моделей. Сравнивать топологические элементы двух 3D-моделей и восстанавливать их ассоциативность для отображения групп измененных граней - действительно сложная алгоритмическая проблема, потому что в разных САПР геометрические данные очень разные, но иногда это возможно. Например, компонент LEDAS Geometry Comparison на основе ядра C3D может быть интегрирован в систему CAD (например, Autodesk Inventor ) для сравнения 3D-моделей и выявления всех различий между ними.
Цифровые мокапы MultiCAD
Две тенденции CAD / CAM / CAE PLM движут технологиями обмена данными САПР. Одна из них - необходимость тесного взаимодействия в рамках сегодняшних предприятий с расширенной поддержкой multiCAD. Другой - это возросшая зависимость от цифровых макетов, позволяющих визуализировать, проектировать в контексте, моделировать и анализировать крупномасштабные сборки до фактического производства физического продукта. Постоянное развитие технологий обмена данными позволило в значительной степени удовлетворить эти потребности.
Возможность визуализировать сборки среднего, если не большого размера, была одним из первых успехов этих форматов перевода САПР. Улучшения оборудования и разработка облегченных форматов поддерживали сборки большего размера.
Текущие достижения теперь позволяют «Активный мокап». Эта технология позволяет проектировать в контексте моделирования, такого как анализ динамического зазора и автоматическое создание огибающих движения. Активные макеты позволяют редактировать компоненты непосредственно в сборке из нескольких САПР. Дисплеи с несколькими уровнями детализации поддерживают интерактивную производительность даже в огромных сборках.
Обмен данными CAD в CAM
Программирование ЧПУ обычно требует, чтобы геометрия, полученная из системы САПР, будь то в каркасном, поверхностном, твердом или комбинированном форматах, не содержала никаких неровностей и несоответствий, которые могли возникнуть на этапе создания геометрии САПР. Поэтому обмен данными из CAD в CAM должен включать инструменты для выявления и устранения этих несоответствий. Эти инструменты обычно включены в программное обеспечение для обмена данными каждого набора решений CAM.
В настоящей среде PLM обмен данными между CAD и CAM должен обеспечивать нечто большее, чем просто передачу геометрии. Информация о производстве продукции , созданная разработчиком для использования в производстве или созданная производственной организацией для использования при проектировании, должна быть частью системы обмена данными. STEP-NC был разработан для переноса GD&T и других PMI через CAD и CAM в ЧПУ.